[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710017152.6
• 申請(qǐng)日: 2017-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106770402B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑩;張昌盛;孫光愛(ài);王虹;龔建;李洪佳;龐蓓蓓;張潔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/207
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/207
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專(zhuān)利中心 51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明;韓志英

本發(fā)明提供了一種用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置。所述三維定標(biāo)測(cè)量裝置首先利用三維掃描儀配合樣品臺(tái)多自由度運(yùn)動(dòng)，將放置于樣品臺(tái)上的樣品的掃描圖像采集到計(jì)算機(jī)中，建立樣品的三維模型。然后對(duì)三維模型進(jìn)行分網(wǎng)處理，并對(duì)每個(gè)網(wǎng)格賦予唯一標(biāo)識(shí)。通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)模式在三維模型上任選一個(gè)目標(biāo)網(wǎng)格，借助安裝在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)動(dòng)控制程序控制樣品臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得入射狹縫對(duì)準(zhǔn)該目標(biāo)網(wǎng)格，同時(shí)，衍射狹縫、準(zhǔn)直器和中子探測(cè)器移動(dòng)到相應(yīng)位置，中子源發(fā)射中子束，開(kāi)始中子衍射應(yīng)力測(cè)量。該三維定標(biāo)測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的精確三維定標(biāo)，對(duì)空間要求低，不需要額外安裝基準(zhǔn)點(diǎn)光源，避免引入額外的誤差，測(cè)試樣品的定位精度可達(dá)100μm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料結(jié)構(gòu)與性能的中子衍射原位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

內(nèi)應(yīng)力起源于材料內(nèi)部不同區(qū)域或相的錯(cuò)配性/非相容性。從材料合成到工程裝備的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能引入內(nèi)應(yīng)力。由于是外加負(fù)荷撤銷(xiāo)后的殘留作用，也被稱(chēng)為殘余應(yīng)力。理解和控制殘余應(yīng)力是工程材料研發(fā)及應(yīng)用的先決條件。中子衍射應(yīng)力分析技術(shù)同時(shí)面向工程應(yīng)用和基礎(chǔ)研究。該技術(shù)同X射線分析方法類(lèi)似，均是根據(jù)衍射峰的位移計(jì)算應(yīng)變，然后轉(zhuǎn)化為應(yīng)力結(jié)果。對(duì)比后者，中子在穿透深度以及區(qū)分相鄰元素等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，可滿足整體測(cè)試的需求，適合測(cè)試大體積形狀不規(guī)則材料或構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)提供可調(diào)的空間分辨，允許對(duì)樣品的靈活操作，可監(jiān)視環(huán)境加載條件下內(nèi)應(yīng)力的變化。業(yè)界普遍認(rèn)為中子衍射分析技術(shù)是目前多晶材料內(nèi)部三維應(yīng)力無(wú)損檢測(cè)的唯一技術(shù)手段。近年來(lái)，隨著工程和材料科學(xué)應(yīng)用需求的增加和人們認(rèn)識(shí)的深入，多家中子散射實(shí)驗(yàn)室建立專(zhuān)門(mén)的中子衍射應(yīng)力分析譜儀，中子衍射應(yīng)力分析技術(shù)正受到越來(lái)越多的關(guān)注。該技術(shù)屬于精密實(shí)驗(yàn)技術(shù)范疇，被測(cè)構(gòu)件或樣品的定位至關(guān)重要，如果定位發(fā)生偏差，造成的后果是中子束流入射到樣品表面的區(qū)域?qū)l(fā)生偏移，進(jìn)而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。為了克服這一弊端，通常采用三維定位技術(shù)確定中子入射位置。傳統(tǒng)的三維激光/紅外定位技術(shù)需要三個(gè)點(diǎn)光源提供基準(zhǔn)定位光線，三個(gè)點(diǎn)光源的安裝布局對(duì)測(cè)試樣品周?chē)臻g有一定要求。如果中子衍射應(yīng)力譜儀的起飛角發(fā)生變化，點(diǎn)光源的位置也要做出相應(yīng)的調(diào)整，容易引入額外的誤差。

當(dāng)前，亟需一種高精度的用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置。

本發(fā)明的用于中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是，所述的三維定標(biāo)測(cè)量裝置包括三維掃描儀、樣品臺(tái)、計(jì)算機(jī)、入射狹縫、衍射狹縫、準(zhǔn)直器和中子探測(cè)器；

樣品放置在所述的樣品臺(tái)上，中子源發(fā)射的中子射線經(jīng)入射狹縫入射至樣品，衍射后的中子射線沿衍射狹縫入射至準(zhǔn)直器后由中子探測(cè)器接收，入射狹縫和衍射狹縫呈布拉格角排列；所述的三維掃描儀掃描樣品，并將掃描圖像傳輸至計(jì)算機(jī)；所述的計(jì)算機(jī)控制樣品臺(tái)移動(dòng)，改變?nèi)S掃描儀掃描的樣品的測(cè)量點(diǎn)位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的中子衍射應(yīng)力分析模塊實(shí)現(xiàn)樣品的中子衍射應(yīng)力分析的三維定標(biāo)測(cè)量。

所述的三維掃描儀包括光柵投影儀，攝像機(jī)Ⅰ和攝像機(jī)Ⅱ，光柵投影儀發(fā)射光柵束至樣品，通過(guò)攝像機(jī)Ⅰ和攝像機(jī)Ⅱ的互補(bǔ)測(cè)量獲得樣品的掃描圖像。

所述的樣品臺(tái)為四自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)樣品在X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)。

所述的三維掃描儀與計(jì)算機(jī)之間的通訊采用光纖通訊、串口通訊或以太網(wǎng)通訊中的一種。

所述的樣品臺(tái)與計(jì)算機(jī)之間的通訊采用串口通訊或以太網(wǎng)通訊中的一種。

所述的入射狹縫和衍射狹縫窗口尺寸范圍為0mm×0mm至20mm×100mm的矩形窗口。

所述的準(zhǔn)直器為徑向準(zhǔn)直器或Soller準(zhǔn)直器中的一種。

所述的中子探測(cè)器的結(jié)構(gòu)為多絲正比室結(jié)構(gòu)或3He管組成的探測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)中的一種。